废气再循环

摘要

伴随着汽车技术的迅猛发展，汽车尾气对大气造成了越来越严重的污染。作为汽车主要动力源的柴油机，其排放主要污染物Nox的危害己经引起了各国政府的高度重视，对NOx的排放控制逐渐成为研究的热点。利用废气再循环(EGR)技术可有效控制发动机NOx的排放，是当前公认的一种行之有效的控制Nox的排放方法。

本文从EGR的工作机理、作用、控制原则、控制分类，以及设计及检修进行介绍。主要研究内容包括:

第一部分分析了废气再循环系统的工作原理与实现方法，针对柴油机的实际性能和结构特点，确立整车废气再循环系统的整体设计方案。

第二部分对EGR系统的控制方法及其种类。并对EGR系统进行了设计，通过对不同结构冷却器和EGR阀的选择条件判断如何选择合适的EGR系统。

第三部分根据EGR控制阀的结构，举例说明如何对EGR进行检修。并对EGR 系统进行展望，突破研究方向。

关键字：EGR 阀检修 EGR率

目录

摘要 (1)

目录 (2)

第一节EGR的工作原理 (3)

第二节 EGR率对发动机动力性、经济性的影响 (4)

第三节 EGR 技术主要存在问题与控制原则 (5)

3.1存在问题 (5)

3.2控制原则 (5)

第四节 EGR系统的种类 (6)

4.1 普通电控式EGR控制系统 (6)

4.2 可变式电控EGR控制系统 (6)

4.3 可变式电控EGR控制系统 (7)

4.4 闭环控制式排气再循环 (8)

第五节国内主要发动机配EGR的效果 (9)

第六节 EGR系统的设计依据及选型 (10)

6.1 设计依据 (10)

6.2 EGR系统的选型 (10)

第七节 EGR系统的检修 (11)

7.1 案例1：EGR阀因积碳堵塞 (11)

7.2 案例2：碳罐清洗电磁阀卡滞 (11)

第八节对EGR系统的展望 (11)

参考文献 (12)

第一节 EGR 的工作原理

所谓废气再循环是在保证内燃机动力性不降低的前提下，根据内燃机的温度及负荷大小将发动机排出的废气的一部份再送回进气管，和新鲜空气或新鲜混合气混合后再次进入气缸参加燃烧,使燃烧反应的速度减慢，从而降低NOx 的排放量,是控制反应的速度减慢，从而降低NOx 的排放量,是控制。

废气中的氧含量很低,含有大量N,CO 和水蒸气，这三种气体很稳定,不能燃烧,可吸收大量热量。当一部份排气经EGR 控制阀还流回进气系统与新鲜空气或新鲜混合气混合后，稀释了新鲜空气或新鲜混合气中的氧浓度，使燃烧速度降低。这两个因素都使燃烧温度降低,从而有效控制了燃烧过程中NOx 的生成。

图1 EGR 系统的布置

循环废气的量一般用EGR 率表示，EGR 率就是进入废气管的废气质量与进入气缸的总气体质量的比值，可表示为：

％进气量＋返回废气量

返回废气量率100EGR ⨯= EGR 对NOx 的生成以及燃烧过程的影响主要体现在以下几个方面：

1）稀释效应

再循环废气替代了一部分新鲜空气，使得原有的新鲜充量减少的氧气浓度降低。氧气浓度降低后，一方面，燃料的焰前化学反应和燃烧反应速度都将降低，也就是着火滞燃期和燃烧持续期延长;另一方面，氮气与氧气接触的机会也减小，这样可以极大地降低NOx 的生成量。

2) 热效应

再循环废气中的C02和H20是三原子分子，具有较高的比热容，能比空气吸收更多的热量;工质总热容增加后吸收等量的燃烧放热时工质的温度变化较小，这有助于解决在EGR量较大时控制燃烧速度、防止压升率过高等问题。

3) 化学效应

在高温下，废气中CO、水蒸气会发生裂解，裂解是一个高的吸热过程，会吸收一部分燃烧热量，使得缸内峰值温度降低，这样会减少因峰值温度过高而造成对NOx排放的影响。

第二节 EGR率对发动机动力性、经济性的影响

排放。但EGR率过大会使燃采用废气再循环能有效地降低汽油发动机的NO

X

烧恶化，燃油消耗率增大，HC排放上升。小负荷下进行EGR使燃烧不稳定，表现在缸内压力变动率增大，工作粗暴，HC排放急剧增加。大负荷时进行EGR，会使发动机动力性受损。因此，在进行EGR时必须要考虑其对发动机动力性、经济性的影响。

图2、3、4

排放浓度和燃油消耗率的影响，如图2和图3所示。图2中，EGR率对NO

X

空燃比被作为参变量，实验结果是在各点的最佳点火提前角条件下得到的。可见，随着EGR率的增大，对降低NO

排放越有利。但从图3可以看出，EGR率越大，

X

净化率，势必要增加燃油消耗率。

燃油消耗率也将增加。故要提高NO

X

EGR率对汽油机净化与性能的影响如图4所示。该试验是在转速、进气管负压及空燃比一定条件下进行的，试验所用的机型是一台日本丰田3R型汽油机。试验结果表明，当EGR率超过15%～20%时，发动机的动力性和经济性开始恶化，未燃碳氢排放浓度也因EGR率加大发生失火现象而上升，而且此时对进一步降低排放浓度的作用不大。因此，通常将EGR率控制在10%～20%范围内较合适。

NO

X

第三节 EGR 技术主要存在问题与控制原则

3.1存在问题

目前EGR 技术主要存在问题

①、采用后EGR 系统后, 若EGR 率控制不当, 极易造成柴油机经济性恶化, 其它排放污染物和烟度的增加;

②、在低负荷时, EGR 将影响柴油机的工作稳定性;

③、在高负荷时,EGR 将影响柴油机的动力性;

④、 EGR 中颗粒可能造成柴油机活塞环、气缸套等零部件磨损加剧和对机油的污染, 进而可能影响柴油机的可靠性和寿命;

⑤、废气温度过高, 会影响柴油机的充气效率, 并会有降低燃烧温度的效果;

⑥、各缸EGR 分配均匀性和瞬态响应性不宜同时兼顾。

3.2控制原则

EGR设计控制原则主要有：

(1)、由于NOX排放量随负荷增加而增加，因而EGR量亦应随负荷的增加而增加。

(2)、怠速和小负荷时，Nox排放浓度低，为了保证稳定燃烧，不进行EGR。

(3)、在发动机暖机过程中，冷却水温和进气温度均较低，NOX排放浓度也很低，混合气供给不均匀，为防止EGR破坏燃烧稳定性，冷机时不进行EGR。

(4)、大负荷、高速时，为了保证发动机有较好的动力性，此时虽温度很高，但氧浓度不足，NOX排放生成物较少，通常也不进行EGR或减少EGR率。

(5)、为了实现EGR的最佳效果，需保证再循环的排气在各缸之间分配均匀，即保证各缸的EGR率一致。